本發明專利技術涉及一種Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備方法，具體是一種用TIG焊表面熔覆的方法獲得原位Al3Zr顆粒增強鋁基復合材料的工藝，該復合材料可用于制造一些耐磨零件。該方法形成的顆粒增強鋁基復合材料由增強顆粒和高硅鋁合金基體組成。其制備方法是：將待熔覆鋁合金表面切割出一條凹槽，取Al粉，Si粉及K2ZrF6，混合均勻，并加入1vol.%PVA水溶液作為粘結劑，將粉末涂覆在鋁合金的凹槽內，干燥后待用，用鎢極氬弧焊進行表面熔覆，電流為150A，電壓為12-16V，焊速為1.8mm/s，鎢極到熔覆層粉末表面的距離是2.5mm，采用工業純氬氣作為保護氣體，本發明專利技術提供的復合材料具有較高的耐磨性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及ー種Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備方法，具體是ー種用TIG焊表面熔覆的方法獲得原位Al3Zr顆粒增強鋁基復合材料的エ藝，該復合材料可用于制造一些耐磨零件。
技術介紹
近年來，為了改善增強相和鋁基體之間的界面相容性，原位反應生成鋁基復合材料得到了廣泛的關注，而制備耐磨鋁基復合材料時常用高硅鋁合金作為基體，并要求硅顆粒細小圓整，同時顆粒增強體細小并分布均勻。原位增強鋁基復合材料的主要方法有自蔓延高溫合成法、XDTM技術、反應自發 浸滲法、接觸反應法、LSM混合鹽反應法、熔體直接反應法(DMR)、機械合金化法等；制備耐磨復合材料時可以高硅鋁合金作為基體，高硅鋁基復合材料具有很好的耐磨性，但是存在三個問題(I)粗大的初生硅容易割裂基體，降低強度、耐磨性；(2)增強相的尺寸、大小和分布不易控制；(3)生產成本較高；常規處理方法有加入變質劑細化硅顆粒，通過改變反應參數控制反應過程，但是效果都不是很好，或者増加了生產成本，為了解決這上述問題，采用TIG焊表面熔覆的方法獲得原位顆粒增強高硅鋁基復合材料不失為ー種操作簡便、成本低廉的解決方案，目前TIG焊熔覆法制備金屬基原位復合材料僅在TiC顆粒增強鐵基等少數體系復合材料上有相應報道，對于高硅鋁基復合材料還未見報道，但對于表面熔覆法獲得高硅鋁基復合材料需要解決其熔覆結構、原位反應體系設計、原位顆粒形貌控制以及凝固后復合材料宏觀組織控制等方面的原理及エ藝還需進一歩研究。
技術實現思路
本專利技術在實驗研究的基礎上，利用TIG焊表面熔覆原理提出了ー種新型的原位Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備エ藝，該方法獲得的復合材料由Al3Zr增強顆粒和高硅鋁合金基體組成，初生硅形貌圓整、尺寸為10-20ym ;Al3Zr增強顆粒近似呈球狀，尺寸為5-15 μ m,且彌散均勻分布在招合金基體中；同時,該復合材料的磨損性能較基體合金有了顯著提高。本專利技術的實施解決了初生硅粗大、增強相形貌及分布不易控制、生產成本高等高硅鋁基復合材料中存在的三大問題。ー種Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備方法，包括在待熔覆的鋁合金表面切割出一條凹槽的步驟、原位反應粉末的配比及混料的步驟、將粉末涂覆凹槽內的步驟、自然干燥及烘干的步驟和采用鎢極氬弧焊熔覆的步驟，其特征在于所述原位反應粉末的配比及混料的步驟為按照質量分數計算，將Al粉、Si粉及K2ZrF6 3種粉體按照配比混勻，其中Si粉占基體粉體Al粉和Si粉之和的12 30%，K2ZrF6粉占粉體總質量的1(Γ20% ;先粉末混合均勻后，在加入混合粉末的1(Γ20%的PVA水溶液作為粘結劑，混合均勻后待用；所述采用鎢極氬弧焊熔覆的步驟為焊機采用直流正接，鎢極采用釷鎢極；電流為150Α ;電壓為12-16V ;焊速為I. 8mm/s ;鎢極到熔覆層粉末表面的距離是2. 5mm。所述的ー種Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備方法，其特征在干所述在待熔覆的鋁合金表面切割出凹槽的步驟為將待熔覆的鋁合金表面切割出一條凹槽，凹槽深度與寬度比值廣I. 2之間，寬度f 3mm，長度應大于20mm。所述的ー種Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備方法，其特征在于所述PVA溶液中PVA含量為Ivol. %。所述在鋁合金表面切割出一條凹槽，然后在凹槽內生成復合材料，一方面為了防止電弧カ將預置粉末吹跑，另一方面是根據電弧的熔覆作用，使其盡可能充分均勻地產生原位反應，在基體中獲得增強顆粒。所述對于基體(即由Si粉和Al粉熔覆而成的金屬材料)是Al-Si ニ元合金，在此ニ元系中，Si含量大于12%為過共晶合金，隨著Si含量的提高，其初生硅含量隨之增加，基體硬度、耐磨性能也隨之提高，但強韌性下降，本專利技術推薦Si粉占基體粉體的12 30%(質量分數)；K2ZrF6粉主要作用是在熔覆過程中產生原位Al3Zr顆粒，其含量越高，所生成的顆粒數量也相應增加，本專利技術推薦其含量占粉體總質量的1(Γ20%。 PVA水溶液作為粘結劑時，溶液中PVA Ivol. % (體積含量)時效果最佳；PVA的濃度直接影響到混合粉末的干濕度，混合粉末不能過干，過干后不容易涂刷，結合不牢固容易脫落；也不能過稀，過稀粉末之間會留有間隙，熔覆時會產生氣孔，直接影響熔覆效果。所述焊速為I. 8 mm/s效果最佳，焊速過快，電弧產生的熱量不集中，不容易融化粉末；焊速過慢，電弧在局部產生的熱量過大，會融化凹坑周圍的鋁合金基體，不利于涂層的成型。鎢極氬弧焊熔覆時焊接電流采用150A最佳，當焊接電流為90A時，由于熱輸入不足，熔覆層成形很差，有明顯的未熔透現象，存在大量粉末在凹槽內，當焊接電流為120 A后，熱輸入量増大，但仍然不能形成熔池，并帶有一定的飛濺，只有零星液態小顆粒，當焊接電流為150A吋，由于熱輸入量進ー步増加，反應比較劇烈，有一定的飛濺現象，能順利形成熔池，并且熔覆層表面成形美觀，熔覆層和基體形成了很好的連接，如圖I。附圖說明圖I為復合材料層與鋁板基體的微觀組織(光學顯微鏡照片)； 圖2為鎢極氬弧熔覆エ藝過程示意 圖3為高硅鋁合金的微觀組織(光學顯微鏡照片)，組織由粗大的初生硅相(塊狀或長條狀)和共晶相構成； 圖4為TIG焊熔覆后生成復合材料的微觀組織(光學顯微鏡照片)，組織由細小的塊狀初生娃、共晶相、原位顆粒相構成； 圖5和圖6為增強相的掃描電子顯微鏡照片； 圖7為Al-20Si合金與原位Al3Zr顆粒增強復合材料的磨損量隨載荷變化的曲線。具體實施例方式I.實施用原材料 エ業純鋁板材(鋁含量為99. 9%);純Al粉(100-200目，Al含量> 99%);純Si粉(200目，Si 含量彡 99%) ；K2ZrF6 粉(K2ZrF6 含量彡 98%)。2.制備步驟 表面熔覆生成原位Al3Zr顆粒增強Al-20Si復合材料的エ藝過程示意圖如圖2所示。2. I凹槽加工 將エ業純招板(60mmX30mmX 12mm)待熔覆表面切割出一條長60mm,寬2mm,深2mm的凹槽清洗干燥后待用。2. 2熔覆粉料混配 稱取Al粉10g，Si粉2. 5g，K2ZrF6粉末I. 9g，在70で下烘干lh，在球磨機上碾磨2h，然后將粉末混合均勻，并加入2. 2g PVA水溶液(PVA含量1%，體積分數)作為粘結劑再混合均勻。 2. 3 涂覆 將粉末涂覆在純鋁的凹槽內，粉末總厚度4mm，在一端預留I mm的引弧端。2.4自然干燥及烘干 放置在通風處自然干燥12 h，接著在真空干燥箱中120で烘干6 h，在保持真空的條件下自然冷卻到室溫是取出待用。2. 5熔覆復合材料層 復合材料的制備采用鎢極氬弧作為熱源，熔融預涂粉末涂層，熔池凝固后形成熔覆層的制備方法；鎢極氬弧焊機采用直流正接；鎢極采用直徑為2. O mm的含釷鎢極；電流為150A ;電壓為12-16V ;焊速為I. 8 mm/s ;鎢極到熔覆層粉末表面的距離是2. 5mm ;熔覆時采用エ業純氬氣(彡99. 9 %)作為保護氣體，氣體流量為10 L/min。2.6制備得到的復合材料組織及性能 2.6. I微觀組織 圖3是高硅鋁合金Al-20Si，圖4是TIG焊熔覆后生成的初生硅，對比圖3和圖4，可以看出，未經處本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種Al3Zr顆粒增強高硅鋁基復合材料的制備方法，所述復合材料由Al3Zr增強顆粒和高硅鋁合金基體組成，初生硅形貌圓整、尺寸為10？20μm；Al3Zr增強顆粒近似呈球狀，尺寸為5？15μm，且彌散均勻分布在鋁合金基體中；制備方法包括在待熔覆的鋁合金表面切割出一條凹槽的步驟、原位反應粉末的配比及混料的步驟、將粉末涂覆凹槽內的步驟、自然干燥及烘干的步驟和采用鎢極氬弧焊熔覆的步驟，其特征在于：？所述原位反應粉末的配比及混料的步驟為：按照質量分數計算，將Al粉、Si粉及K2ZrF6？3種粉體按照配比混勻，其中Si粉占基體粉體Al粉和Si粉之和的12~30%，K2ZrF6粉占粉體總質量的10~20%；先粉末混合均勻后，在加入混合粉末的10~20%的PVA水溶液作為粘結劑，混合均勻后待用；所述采用鎢極氬弧焊熔覆的步驟為：焊機采用直流正接，鎢極采用釷鎢極；電流為150A；電壓為12？16V；焊速為1.8mm/s；鎢極到熔覆層粉末表面的距離是2.5mm。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：賈志宏，趙玉濤，陳霖，張松利，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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